计算双向张弦结构下弦索曲面形状的非线性有限元法

根据平屋顶双向张弦结构索的平衡荷载与索曲面及索拉力之间的关系,给出了下弦索网所在曲面的偏微分方程.提出了用考虑索拉力产生的应力刚化作用的大变形几何非线性有限元法计算平屋顶双向张弦结构下弦索网曲面形状的方法,并给出了该方法的计算过程.通过理论分析给出了屋面为曲面时下弦索网的形状变化规律.通过算例介绍了有限元法确定下弦曲面的计算过程,并验证了计算结果的正确性.本文给出的计算方法物理意义明确,计算过程简单方便,计算结果准确可靠.     

张弦空间结构的非线性分析

运用非线性有限元基本理论研究张弦空间结构的非线性特征。针对5个张弦空间结构工程,研究结构的几何非线性、材料非线性和边界条件的状态非线性特征,揭示其基本力学特性。分析表明:张弦空间结构的刚性构件体系贡献了结构的线性刚度,结构的变形协调使拉索应力刚化进而增大结构的几何刚度;对索施加初始预拉力可以增大结构几何刚度,但不影响结构总刚度增量的变化规律;结构总刚度的非线性部分随荷载步的改变而更新,结构分析须先确定结构所处的荷载工况;结构材料进入塑性后表现为结构总切线刚度中线性部分的降低,当结构达到弹塑性极限承载力时表现为结构材料失效。基于张弦结构的自平衡特性,当张弦空间结构滑动支座滑移达到滑程时,结构的边界条件转变为相应的铰支座或弹性支座。通过屋盖结构支座附近同位置且同方向的下部支承结构体系的刚度与屋盖邻支座区域杆件体系刚度的比较,可方便准确地对屋盖单独模型进行屋盖结构在实际工作环境中边界条件的模拟。     

索长误差对鞍形膜结构初始形态的影响分析

针对索长误差会造成膜结构的初始形态产生误差这一问题,基于非线性有限元法,通过对索施加温度作用模拟索长的制作误差,研究了索长制作误差对鞍形膜结构初始形态的影响特性和影响敏感度,其中初始形态包括初始几何形状、膜面初始预应力、索初始预拉力及初始支座反力.并进一步分析了结构参数,如跨度、高跨比、索膜预张力密度比对研究结果的影响.分析得到如下结论:索偏短时,索长误差对初始几何形状、初始膜面应力、初始索力及初始支座反力的影响均成线性关系,也就是影响敏感度为1;索偏长相对较小时,结构各项初始误差仍与索长误差呈线性关系,而索偏长相对较大时,索长误差对结构初始形态的影响表现出了非线性.当结构取不同跨度、矢跨比和索膜预张力比时,仍具有上述规律.本文结论可以为进一步完善膜结构技术规程中的相关规定提供基础材料和依据.     

BSS结构体系形状确定分析

对预应力索-梁结构体系的形状确定问题进行了分析.采用对索段进行降温以实现索-梁结构预应力施加的降温法,通过大型通用有限元程序ANSYS提供的APDL语言进行结构建模,考虑结构的强几何非线性进行求解,可成功的求解预应力索-梁结构体系的零状态放样几何和初状态的预应力分布.由于未破坏结构的整体性,还可以在此基础上进行结构荷载态的分析.     

索穹顶结构几何稳定性分析

索穹顶结构是发展和推广Ｆｕｌｅｒ张拉整体结构思想后唯一应用于实际工程的一种新型大跨结构,它的几何稳定性分析对结构的设计非常重要。本文通过对杆系结构的分类、自应力模态、机构位移模态确定、以及体系稳定性判定准则等细节的研究,对索穹顶结构几何稳定性作了较为完整的分析。编制了相应的程序,对肋环型、三角化型和凯威特型等多种布置形式的索穹顶结构进行了计算分析,得出了一些对结构选型有用的结论。     

索结构预应力、几何非线性和刚度关系的研究

用有限元的方法推导出预应力索结构的平衡方程 ,分析了索结构中预应力与刚度 ,几何非线性和刚度之间的关系。     

索穹顶结构几何非线性静力计算程序实现与分析

针对索穹顶结构在施工过程中不可避免的会产生预应力分布差异的现象,提出合理的方法即几何非线性方法对索穹顶结构进行静力分析,并编制相应的计算程序,判断索穹顶结构在正常使用状态下结构是否有效.此程序为施工预应力是否需要调试提供判别的依据.     

材料非线性对独塔斜拉桥静力分析的影响研究

综合考虑几何及材料非线性的影响,利用有限元分析软件ANSYS,建立了吉林市临江门独塔斜拉桥实体单元有限元模型,对斜拉桥关键部位进行了非线性静力分析,结果表明,考虑材料非线性影响后塔梁固结处及主梁的应力和位移平均增大10％,索应力最大相差20％,因此对于中小跨度斜拉桥应考虑材料非线性的影响。     

浦江体育中心张弦罩棚结构分析与设计

介绍了浦江体育中心体育场预应力张弦罩棚(最大悬挑约30m)工程的基本概况、结构的平面布置、索桁架的结构形式以及整体经济性指标。对索桁架体系,分别进行了平面内的线性受力分析以及几何非线性分析,总结了多种荷载工况下的索桁架受力特性。对线性与非线性分析结果进行比对,发现此类结构为半刚性结构,应当采用几何非线性的分析方法。设计过程中确定了索桁架上下弦拉索初始张拉力的基本原则与技术要点;着重研究了支撑索桁架体系的外围混凝土柱的受力特点。单独推导了作为索桁架平面外支撑的环拱的等效轴压刚度的计算公式,以及确定环拱截面的设计方法。     

预应力全索系整体张拉结构设计研究

预应力全索系整体张拉结构是具有“内部没有压杆的全索系拉杆海洋”特点的结构体系,该结构体系结构稳定承载力和变形性能是工程设计的关键。为研究全索系整体张拉结构的弹塑性发展规律,进行了基于材料非线性和几何非线性的结构承载全过程分析,得到典型单元荷载-应力、关键节点荷载-竖向位移全过程曲线。分析结果表明：建议全索系整体张拉结构索构件在弹性阶段的应力比应小于0.40,内环索竖向变形应小于悬挑跨度的1/40~1/50。全索系整体张拉结构的屈服荷载系数及延性性能高于有钢压杆的预应力钢结构体系;增大预应力度是改善谷索排雪水功能的有效措施之一。     

膜结构的荷载分析

本文采用非线性曲面膜单元和曲线索单元编制了膜结构内力计算程序,对实际制作的模型在风荷载和雪荷载作用下应力、位移的变化规律及皱折处理的方法作了研究,得到了结论对实际工程设计很有帮助。     

一种基于静力检测手段的在役预应力拉索索力识别方法

基于静态测试手段及拉索的应力刚化效应和静力平衡原理,提出一种索力识别方法。因索力的获得只与施力点位移和施力大小有关,避免了常用索力测定方法测量精度受拉索边界条件及材料参数取值影响较大的缺点．为柔性拉索的索力识别提供了一种新的思路。     

大跨度悬索桥施工过程中主缆二次应力实测研究

悬索桥主缆钢丝的实际应力关系到主缆的安全储备,为研究大跨度悬索桥施工过程及成桥时主缆断面的应力状态,对南京长江四桥加劲梁吊装过程中桥塔索鞍附近主缆断面的应力进行了现场实测。实测结果表明主缆断面的二次应力主要由钢丝的不均匀轴向应力组成,主缆二次应力随着施工进程在嵌固端处逐渐积累,且变化趋势与主缆在索鞍处的转角变化一致。根据测试数据建立主缆二次应力的拟合曲线,以此来计算个别无测试数据工况的断面二次应力,最终得到南京长江四桥施工全过程的主缆断面二次应力变化曲线。在成桥状态时,桥塔索鞍两侧出口处主缆的二次应力最大,分别为171MPa、136MPa,与平均轴向应力之比为0.26、0.21。研究成果可为大跨度悬索桥主缆的设计及安全储备的确定提供有价值的参考。     

基于ANSYS的悬索跨越施工状态分析

介绍了悬索跨越是长输管道跨越中常用的一种形式,其结构主要由主索、抗风索、主塔和锚固系统及加劲梁等部分组成,应用ANSYS软件对悬索跨越进行了有限元分析,分析了施工前、施工阶段受力特性,得到结构的位移和变形,为工程施工提供依据。     

双缆多跨悬索桥力学性能及主缆用钢量研究

为了进一步明确双缆多跨悬索桥的力学和经济性能,比较了双缆多跨悬索桥与传统多跨悬索桥在活载作用下的加劲梁变形及桥塔受力,分析了二者主缆用钢量的差异;拟定双缆体系与传统体系的四塔三跨悬索桥有限元模型,分别计算了活载作用下的结构变形及受力。研究结果表明:双缆悬索桥体系的主缆纵向刚度可达传统悬索桥体系的2~4倍甚至更高,双缆体系纵向刚度与上缆和下缆的垂度及恒载在上下缆之间的分配比例有关,双缆体系主缆用钢量与传统体系相当;在桥塔抗推刚度相对较低的情况下,双缆多跨悬索桥在活载作用下的加劲梁挠度及塔底弯矩均远小于传统多跨悬索桥体系,采用双缆体系可有效增大多跨悬索桥的结构刚度。     

体内预应力钢屋架成形过程研究

具有几何大变形的体内预应力钢结构在成形过程中索与结构的接触摩擦将会耗散大量能量,为了准确确定索力和结构内力,本文采用接触有限元法(简称接触算法)对体内预应力钢屋架结构进行成形过程研究。与模型试验结果相比,用接触算法计算的索力和结构内力与试验结果吻合较好。本文还对比了结构成形过程采用接触算法和施加温度载荷算法(简称温度算法)的结构内力,结果表明温度算法可能存在安全隐患,文中提出安全设计建议,并指出引入接触算法的必要性。     

空间索桁结构的力学性能及其体系演变

本文介绍了考虑索单元松弛跟踪的空间索桁结构非线性有限元全过程分析方法。并以典型的鱼腹形索桁结构为例，探讨了空间索桁结构的力学性能，以及在荷载作用下结构几何体系演变的特征。本文对新型空间索桁结构的研究和工程应用具有指导意义。     

风荷载作用下某气象塔悬索结构有限元分析

悬索结构作为一种柔性受拉结构,在工程中有着广泛的应用。单根悬索在外荷载作用下的受力性能较为简单,但是当大量大跨度悬索相互联结组成群索体系时,对其位移和内力的预测则是一个相当复杂的问题。以某气象塔工程为例,运用有限元分析软件ANSYS,对双向正交悬索组成的群索结构进行找形分析,并计算其在风荷载作用下的位移和应力,分析其位移和应力的变化规律,计算结果较为精确,且与实际符合较好。     

延长斜拉索安全使用寿命工艺技术问题的研究和探讨

斜拉索是斜拉桥的主要受力结构。由于应力腐蚀、疲劳腐蚀和金属腐蚀，斜拉索容易损坏失效。为了保证斜拉桥安全营运，需要延长斜拉索的安全使用寿命。针对斜拉索结构的实际应用问题，研究和探讨延长斜拉索安全使用寿命的工艺技术问题。